地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析方法研究

王安富

摘 要：地震作用下所引起的滑坡等自然災(zāi)害所造成的影響是非常巨大的。因此，該文通過利用動力有限元時程分析法，對地震作用下邊坡中的動力特征進行了分析，并且采用最小平均系數(shù)對地震作用下邊坡穩(wěn)定性以及特點，進行了簡要的評定，通過利用相應(yīng)的數(shù)據(jù)，以此評定工程施工展開的穩(wěn)定、安全、可行等的性能，避免一些不必要的安全事故發(fā)生。另外，通過對某一個計算方式的具體分析，可以充分展現(xiàn)地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為其相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，提供了重要的數(shù)據(jù)支持。

關(guān)鍵詞：地震 邊坡 穩(wěn)定性

中圖分類號：P642.22 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（a）-0091-02

我國是一個多山國家，山地占據(jù)我國總面積的2/3，其自然邊坡的數(shù)量也在逐漸增多，由于地震動性特征以及邊坡自身結(jié)構(gòu)相對較為復(fù)雜，導(dǎo)致地震作用下邊坡穩(wěn)定性在分析的過程中，存在著一些難點。因此，在地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析的過程中，應(yīng)當(dāng)利用有效的方式方法，例如：擬靜力法、限差分強折減度計算法、滑塊分析計算方式、動力有限元時程計算方式等，才能保證地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為其工程的開展提供重要的參考依據(jù)。因此，該文對地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析中的一些相關(guān)內(nèi)容，進行了簡要的分析和闡述，希望對其相關(guān)行業(yè)發(fā)展，給予一定程度上的幫助。

1 地震作用下邊坡穩(wěn)定性計算

在地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析的過程中，應(yīng)當(dāng)利用相應(yīng)的計算方式，提升其數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，避免在后期使用的過程中，存在著一定程度上的偏差。

1.1 擬靜力法

擬靜力法是地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析中，常見的一種計算方式，主要是對邊坡在整個斷面采用相一致的自地震系數(shù)。同時，在計算的過程中，通過將其地震系數(shù)和土體質(zhì)量相乘，從而得到地震作用下邊坡的慣力性，并且按照極限平衡理論中的內(nèi)容，對抗震安全系數(shù)進行相應(yīng)的計算。但是，在計算的過程中，一定要根據(jù)相應(yīng)的公式展開，其公式為：，公式中的F1為地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析中，質(zhì)點i的水平地震慣力性所代表的數(shù)值；ah為水平向設(shè)計地震加速所代表的數(shù)值；ε為地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析的過程中，應(yīng)當(dāng)減損的系數(shù)分析；GEi為地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析過程中，質(zhì)點上的重力標(biāo)準(zhǔn)取值；αi為地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析過程中，質(zhì)點的動態(tài)分布系數(shù)；g為地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析過程中重力加速度。

1.2 滑塊分析計算方式

在地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析的過程中，應(yīng)當(dāng)將地震邊坡的動力性能作為計算的主要依據(jù)，并且在計算的過程中主要是取決于地震后邊坡體所產(chǎn)生的形狀以及大小等方面的特點，這樣可以在一定程度上保證地震作用下邊坡穩(wěn)定性計算數(shù)值的準(zhǔn)確性。但是，在計算的過程中，一定要根據(jù)相應(yīng)的計算流程，其流程如下。

（1）在地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析計算的過程中，應(yīng)當(dāng)從潛在內(nèi)塊的加速速度角度，展開該方式的計算工作。

（2）在計算的過程中，滑塊的移位是影響計算準(zhǔn)確性的重點。因此，在該項方式計算的過程中，應(yīng)當(dāng)將滑動體作為計算的數(shù)據(jù)，根據(jù)滑塊移動的位置點展開相應(yīng)的計算分析，以此保證地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1.3 動力有限元時程計算方式

該方式在地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析中，是非常重要的一項計算方式，主要是利用動力有限元分析獲得邊坡各個分布的預(yù)應(yīng)力，并且根據(jù)各個邊坡應(yīng)力數(shù)值，通過利用極限平衡理論對地震作用下邊坡穩(wěn)定性，展開了相應(yīng)的計算，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。同時，在地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析計算的過程中，應(yīng)當(dāng)將高斯積分點的應(yīng)力作為重要的計算數(shù)據(jù)，并且要在極限平衡理論的基礎(chǔ)之上，針對不同的滑動面進行計算。另外，在計算的過程中，可以通過利用莫爾圓計算出地震作用下邊坡的壓力，以及下滑應(yīng)力。但是，在計算的過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)相應(yīng)的計算公式，展開其計算，其公式為：，其中，F(xiàn)ri為地震作用下邊坡的抗滑力；Fmi為下滑力。

1.4 限差分強折減度計算法

近幾年，在地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析的過程中，無法對直觀的數(shù)據(jù)進行展現(xiàn)，需要進行反復(fù)地計算以及編程工作。但是，在該項方式計算的過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)邊坡材料強度中所對應(yīng)的參數(shù)，進行相應(yīng)的折減。在折減的過程中，每折減一次，就會得到一組邊坡材料的參數(shù)，一直達到地震作用下邊坡的穩(wěn)定性失衡判斷中，所要求的強度折減數(shù)據(jù)，并利用相應(yīng)的公式展開計算，以此在最大程度上保證安全穩(wěn)定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，其公式為：或者。其中，分別為地震作用下邊坡折減前的粘聚力、內(nèi)摩擦角度；F為地震作用下邊坡中的折減系數(shù)；分別為折減后的粘聚力、內(nèi)摩擦角度。

2 基于動力有限元邊坡穩(wěn)定分析計算

本段內(nèi)容在動力有限元邊坡穩(wěn)定的基礎(chǔ)之上，對地震作用下邊坡穩(wěn)定性進行了簡要分析。

2.1 動力有限元是邊坡穩(wěn)定分析的方式以及應(yīng)用

在有限元邊坡穩(wěn)定的基礎(chǔ)之上，對于平面的問題，應(yīng)當(dāng)對土體中的抗剪強度進行分析，在莫爾-庫倫強度準(zhǔn)則，通過利用曲線的形式，對土體的抗剪強度進行表面，其任意一點為：。其中，σn為地震作用下邊坡穩(wěn)定性中的向應(yīng)力；c和分別為地震作用下邊坡的粘聚力以及內(nèi)摩擦角。同時，在基于有限元邊坡穩(wěn)定性分析的過程中，應(yīng)當(dāng)在所計算的范圍內(nèi)制定一條邊坡穩(wěn)定性變化的曲線，通過這條曲線對邊坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)進行一定程度上的判斷。

另外，在基于有限元邊坡穩(wěn)定性分析的過程中，應(yīng)當(dāng)對土體區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力場進行一定的計算，并且將其曲線進行離散，可以用該公式進行表示：。其中，e為離散后曲線中的單元。同時，在分析和計算的過程中，主要是由高斯積分對其公式進行進一步的利用，其公式為：。但是，靜力狀態(tài)對地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析的過程中，應(yīng)當(dāng)沿著其表面滑裂曲線方向的應(yīng)力和切向應(yīng)力，進行一定的計算和分析，其公式為：

，或者，這樣可以在一定程度上保證計算數(shù)值的準(zhǔn)確性，為其相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，提供重要的數(shù)據(jù)支持。

除此之外，可以利用相應(yīng)的計算公式，將其計算公式應(yīng)用到實際工程中，例如：石壩的邊坡穩(wěn)定性分析、土工加筋結(jié)構(gòu)、水流作用下的堆石體邊坡穩(wěn)定性分析等方面，這樣可以更加進一步保證計算結(jié)構(gòu)的可信、準(zhǔn)確等性能，為實際工程的開展提供良好的安全保證。

2.2 在時程動力有限元的邊坡穩(wěn)定性分析

在時程動力有限元邊坡穩(wěn)定性分析的過程中，從相對較為危險的滑裂面中的安全系數(shù)，得到時程曲線圖像，從而了解地震作用下邊坡穩(wěn)定性變化的幅度。但是，在計算的過程中，應(yīng)當(dāng)注意以下幾點。

（1）在地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析的過程中，應(yīng)當(dāng)采用非線性有限元壩體的計算方式，在時間的作用下從而得出相應(yīng)的反應(yīng)。同時，在計算和分析的過程中，應(yīng)當(dāng)在靜應(yīng)力場原有的基礎(chǔ)之上，對動應(yīng)力場進行相應(yīng)的疊加計算工作。

（2）在地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析的過程中，應(yīng)當(dāng)在每一個離散點的基礎(chǔ)之上，進行相應(yīng)的計算工作，這樣可以在一定程度上得到危險滑裂面的安全系數(shù)最小值，以及相應(yīng)的時程曲線公式，這樣也可以在一定程度上保證相關(guān)計算數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)不必要的誤差。

3 結(jié)語

綜上所述，該文通過擬靜力法、限差分強折減度計算法、滑塊分析計算方式、動力有限元時程計算方式等方面，并且通過利用一些計算公式等，對地震作用下邊坡穩(wěn)定性進行了進一步的闡述和分析。另外，在地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析的過程中，在動力有限元邊坡穩(wěn)定計算方式的基礎(chǔ)之上，對地震作用下邊坡穩(wěn)定性的一些具體內(nèi)容，展開了簡要的概述，以此對其工程的開展，提供了重要的參考依據(jù)，提升了工程展開的安全系數(shù)。

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